吉林省西部農(nóng)牧交錯區(qū)“三生空間”時空演變

翟羽娟，張艷紅，姜琦剛，劉 潤

吉林大學地球探測科學與技術(shù)學院，長春 130026

0 引言

農(nóng)牧交錯區(qū)是中國西部畜牧業(yè)與東部農(nóng)業(yè)之間的過渡區(qū)域，農(nóng)牧業(yè)之間的矛盾尤其是草地與耕地的利用問題尤為突出，同時該地區(qū)是生態(tài)問題集中表現(xiàn)區(qū)，處于“森林-草原-荒漠”過渡帶上，區(qū)域內(nèi)部結(jié)構(gòu)不穩(wěn)，且降水少、風沙大導致外部環(huán)境脆弱。在經(jīng)濟利益推動下，草地與濕地多開墾為耕地，易造成土地的退化，且廣種薄收的土地利用是導致其荒漠的主要原因[1-5]，土地利用方式不合理及用地不協(xié)調(diào)對區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展及生態(tài)環(huán)境的影響尤為嚴重[6]。吉林西部屬于典型的農(nóng)牧交錯區(qū)，區(qū)域用地類型復雜，且隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的快速推進，人們對不同功能土地的需求增多，對土地資源的利用強度也逐漸上升，隨之而來的是不同用地類型之間的矛盾與沖突，以及土地空間結(jié)構(gòu)的失衡，這將對國土空間格局與區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生嚴重影響[7-8]。如何緩解土地之間用地沖突，成為亟需解決的重要問題之一[9]。

面對發(fā)展困境，十八大提出要構(gòu)建“生產(chǎn)空間集約高效、生活空間宜居適度、生態(tài)空間山清水秀”的生產(chǎn)-生活-生態(tài)空間的發(fā)展目標[10]?！叭臻g”(production-living-ecological space,PLES)的概念著眼于土地利用功能視角提出，指具有生產(chǎn)、生活和生態(tài)功能用地的總稱，是自然系統(tǒng)與社會經(jīng)濟系統(tǒng)協(xié)調(diào)耦合的產(chǎn)物[11]，其中：生產(chǎn)空間是指以提供工、農(nóng)業(yè)產(chǎn)品為主，涵蓋了種植業(yè)、林業(yè)、牧業(yè)、漁業(yè)等，為生產(chǎn)經(jīng)營活動提供服務的地域空間；生活空間是指人們?nèi)粘Ｉ罨顒铀褂玫膱鏊?，為人們的居住和公共活動提供必要的空間條件；生態(tài)空間是指具有生態(tài)防護作用，能提供生態(tài)產(chǎn)品和服務的地域空間，它是人類生產(chǎn)和生活的保障，是必須嚴格管控和維護的區(qū)域[12-13]?！叭臻g”從可持續(xù)發(fā)展的角度出發(fā)對土地利用功能進行分類，這與可持續(xù)發(fā)展中經(jīng)濟、社會和生態(tài)“三位一體”的發(fā)展理念不謀而合[14]。目前學者們對“三生空間”的研究多從概念、理論框架、評價模型以及格局的優(yōu)化等方面切入，涉及范圍主要有城市群、流域等[15-17]，而對農(nóng)牧交錯和生態(tài)脆弱且具有顯著空間異質(zhì)性的區(qū)域，尚未有研究報道。

本文以“三生空間”為視角，利用1990、2000、2010和2020年4期土地利用數(shù)據(jù)，結(jié)合耦合協(xié)調(diào)模型，從空間分布格局及相互作用關(guān)系分析吉林西部“三生空間”的時空變化情況，以期為尋找緩解空間用地沖突的途徑，協(xié)調(diào)國土空間關(guān)系政策的制定提供參考和理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

吉林西部地區(qū)(121°38′E—126°11′E，43°59′N—46°18′N)位于松嫩平原西南部，科爾沁大草原東部，屬于低洼易澇鹽堿地與風沙地交錯區(qū)，生態(tài)環(huán)境十分脆弱。行政區(qū)包括白城和松原2個地級市，白城地區(qū)直轄白城市市區(qū)(洮北區(qū))、通榆縣、洮南市、大安市及鎮(zhèn)賚縣，松原地區(qū)直轄松原市市區(qū)(寧江區(qū))、前郭縣、乾安縣、長嶺縣及扶余縣[18]。該區(qū)地域遼闊，總面積約4.69×104km2，地形似簸箕狀，東、南、西三面高，北部和中部較低，海拔范圍在96～648 m(圖1)。年均氣溫為4～5 ℃，降雨量在400～500 mm之間，從平原的東部向西部遞減，降水量遠小于蒸發(fā)量。研究區(qū)地處我國北方農(nóng)牧交錯區(qū)，屬于典型的半干旱、半濕潤地區(qū)，區(qū)域內(nèi)土壤鹽漬化、沙化、草地退化問題嚴重，濕地萎縮，土地利用結(jié)構(gòu)不合理[19-21]。

2 數(shù)據(jù)來源及方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文的土地利用數(shù)據(jù)來源于中國科學院資源環(huán)境科學與數(shù)據(jù)中心所提供的土地利用遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)庫(http://www.resdc.cn/)[22]，包括1990、2000、2010和2020年4期，人機交互目視判讀相應年份的Landsat遙感影像(分辨率均為30 m)，通過野外驗證和專家評估，可保證其解譯精度為90%以上[23]。土地利用類型分類標準采取“中國科學院土地資源分類系統(tǒng)”的分類標準，即分為耕地、林地、草地、水域、建設用地(居民點和工礦用地)及未利用地6個一級類型和水田、旱地等21個二級類型[24]。行政區(qū)劃數(shù)據(jù)來源于該數(shù)據(jù)中心2015年的中國省及縣、市級行政邊界數(shù)據(jù)。

2.2 研究方法

2.2.1 “三生空間”指標體系構(gòu)建及評分

為了合理分析“三生空間”的演變，首先要建立其指標體系。“三生空間”是基于土地利用功能提出的[8]，是一個集“生產(chǎn)、生活和生態(tài)”功能于一體的綜合載體，每一種土地類型的利用都不唯一，但土地具有主體功能性，即以某種主體功能為主，兼具其他功能[25-27]。因此，結(jié)合土地利用現(xiàn)狀分類體系并依據(jù)土地所具有的功能，把具有相同功能的土地歸納為一個空間；在主次強弱上，依據(jù)評分分值的高低來體現(xiàn)。由于研究區(qū)位于農(nóng)牧交錯區(qū)，用地類型復雜，功能多，因此，本文采取0，1，2，3，4，5六級賦分制原則。以生產(chǎn)用地為例，提供主體功能的生產(chǎn)用地賦值5分，一般功能的半生產(chǎn)用地賦值3分，最低功能的弱生產(chǎn)用地賦值1分，功能缺失的生產(chǎn)用地賦值0分，主體功能與一般功能之間的生產(chǎn)用地賦值4分，一般功能與最低功能之間的生產(chǎn)用地賦值2分[28-30]。參考劉繼來等[10]對全國“三生空間”的分類體系及評分結(jié)果，請相關(guān)領(lǐng)域13位專家對研究區(qū)21個二級地類進行評分，采取眾數(shù)統(tǒng)計的方法，最終確定分值，結(jié)果如表1所示。其中對于生產(chǎn)用地，考慮到研究區(qū)以提供糧食等農(nóng)產(chǎn)品為主，還提供了畜牧業(yè)等產(chǎn)品；因此，打分過程中，對不同耕地類型，水田和旱地均賦為5分，而不同級別的草地，分別賦為3分、2分和1分。對于生態(tài)用地，由于土地覆被類型較復雜，在評分的過程中，綜合考慮了不同類型具有的生態(tài)功能，如大氣調(diào)節(jié)、水源涵養(yǎng)及凈化功能等，其中：林地面積占比較少，但是被稱為“地球之肺”，其是重要的生態(tài)用地，根據(jù)不同類型林地生態(tài)功能強弱不同，分別賦值5分、3分、4分、4分；草地面積占比較大，且能提供氣候調(diào)節(jié)、生態(tài)景觀和休憩娛樂等生態(tài)功能，其重要性與林地相同，因此不同覆蓋度的草地，本文分別賦值5、4、3分。其他空間用地的評分結(jié)果如表1所示。

2.2.2 耦合協(xié)調(diào)模型

耦合協(xié)調(diào)模型可用于分析事物的協(xié)調(diào)發(fā)展水平，表示兩者或多者之間通過相互作用彼此影響，進而實現(xiàn)協(xié)調(diào)發(fā)展的動態(tài)關(guān)聯(lián)關(guān)系[31-32]。耦合度反映 “三生空間”之間相互依賴、相互制約的程度，耦合度越強，說明三者之間的相互作用強度越大，但這種相互作用無法體現(xiàn)系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)發(fā)展水平。因此，引入?yún)f(xié)調(diào)度來反映三者之間的良性耦合程度，體現(xiàn)其協(xié)調(diào)狀況的好壞[33]：

T=αU1+βU2+γU3。

式中：C為“三生空間”功能的耦合度；U1、U2、U3分別為生產(chǎn)、生活、生態(tài)空間用地功能評分值；D為“三生空間”功能的協(xié)調(diào)度；T為整體評價指數(shù)；α，β和γ為三者的功能權(quán)重，且α+β+γ=1，本文認為三者的用地功能同等重要，因此取α=β=γ=1/3。參考前人的劃分標準，本文將耦合度及協(xié)調(diào)度進行等級劃分[34]，結(jié)果見表2所示。

表2 吉林西部“三生空間”耦合協(xié)調(diào)度等級劃分

3 結(jié)果與分析

3.1 “三生空間”時間變化特征

1990—2020年吉林西部生產(chǎn)空間用地的面積變化既有擴張也有縮減，總體上擴張大于縮減。從1990年的31 166.62 km2增加到2020年的32 449.52 km2，增加了4.12%；2020年能夠提供的生產(chǎn)功能總分值為1.5×108，比1990年增加了16%。生活空間用地面積近31 a呈增加態(tài)勢，由1990年的1 561 km2增加到2020年的1 831 km2，增加了17.24%；2020年能夠提供的生活功能總分值為9.8×106，比1990年增加了14%。生態(tài)空間用地面積呈現(xiàn)減少的趨勢，從1990年的45 099.43 km2減少到2020年的44 830.01 km2，減少了0.6%；2020年能夠提供的生態(tài)功能總分值為1.19×108，比1990年減少了10.34%。生產(chǎn)空間、生態(tài)空間及生活空間的功能總分比值從1990年的16∶13∶1變?yōu)?020年的16∶10∶1，用地面積比從1990年的19∶28∶1變?yōu)?020年的17∶24∶1?？梢钥闯?，“三生空間”中，生產(chǎn)空間及生態(tài)空間所占比例較大，處于主導地位，但這31 a間，生態(tài)空間呈小幅度減少趨勢，而生產(chǎn)空間及生活空間則呈增加的態(tài)勢。

3.2 “三生空間”空間變化特征

將1990年與2020年“三生空間”評分結(jié)果與行政區(qū)劃矢量圖進行疊加，圖2—圖4顯示了西部地區(qū)1990和2020年兩個時期“三生空間”的分布格局，可以看出，過去31 a間，西部地區(qū)的“三生空間”發(fā)生了顯著變化。生活空間及生產(chǎn)空間總體呈擴張趨勢，而生態(tài)空間受到侵占，呈現(xiàn)縮減的趨勢。從空間格局分布可以看出，生產(chǎn)空間功能評分高值區(qū)主要分布在松嫩平原西部邊緣地帶，呈擴張的趨勢，而低值區(qū)則分布較為零散，呈縮減趨勢(圖2)；從貢獻度(表3)來看，生產(chǎn)空間變化總體擴張幅度較大的區(qū)域為鎮(zhèn)賚縣(28.49%)、通榆縣(20.25%)、大安市(20.00%)以及前郭縣(19.44%)，而其縮減的區(qū)域主要分布在洮南區(qū)(-13.29%)和乾安縣(-3.78%)。

圖2 吉林西部1990—2020年生產(chǎn)空間分布格局

圖3 吉林西部1990—2020年生活空間分布格局

圖4 吉林西部1990—2020年生態(tài)空間分布格局

生活空間分布較為零散，其分布主要與城鎮(zhèn)、農(nóng)村居民點用地基本一致，生活空間變化特征是以擴張為主，以地級市的核心區(qū)域擴張最為集中(圖3)；從貢獻度(表3)來看，擴張幅度較大的區(qū)域有寧江區(qū)(15.82%)、洮北區(qū)(15.17%)、洮南區(qū)(13.88%)，該區(qū)域是西部人口數(shù)量最多、最密集的區(qū)域，也是經(jīng)濟最發(fā)達的地區(qū)，城鎮(zhèn)化率相比其他地區(qū)處于領(lǐng)先水平。生態(tài)空間功能評分值呈現(xiàn)中部高、東西低的態(tài)勢，總體呈現(xiàn)縮減的趨勢，高值區(qū)主要分布在大安、前郭以及鎮(zhèn)賚，呈現(xiàn)縮減的趨勢，而低值區(qū)則分布在長嶺、扶余及乾安，呈現(xiàn)增加的趨勢(圖4)；從貢獻度(表3)來看，高值區(qū)縮減幅度較大的區(qū)域有洮南區(qū)(38.40%)、通榆縣(27.83%)，而低值區(qū)擴張幅度較大的區(qū)域有通榆縣(30.07%)和洮南區(qū)(42.00%)?？傮w生態(tài)空間有所下降，下降區(qū)域與生活空間新增區(qū)域基本一致?？梢钥闯?，吉林西部地區(qū)近31a生活空間面積的增加是以生態(tài)空間面積的減少換取。

3.3 “三生空間”耦合與協(xié)調(diào)

為進一步分析 “三生空間”之間內(nèi)在的影響與作用關(guān)系，本文采用耦合度與協(xié)調(diào)度指標來分析西部地區(qū)“三生空間”的相互作用關(guān)系。以3 km×3 km為柵格單元，進一步測算不同時期“三生空間”的耦合度及協(xié)調(diào)度，各耦合類型與協(xié)調(diào)類型占比如表4、5所示。

表3 吉林西部1990—2020年三生空間變化貢獻度

表4 吉林西部不同時期“三生空間”耦合類型占比

表5 吉林西部不同時期 “三生空間”協(xié)調(diào)類型占比

通過表4可以看出：“三生空間”耦合類型整體處于磨合階段，且隨時間推移，磨合階段所占比例逐漸升高，由1990年的38.16%提高到2020年的41.28%；低水平耦合所占比例逐漸下降，由1990年的33.48%降低到2020年的28.82%，拮抗耦合及高水平耦合所占比例逐漸上升，但上升幅度較小，而磨合階段上升幅度較大，上升了3.12%。

通過表5可以看出：“三生空間”協(xié)調(diào)類型整體處于中度協(xié)調(diào)階段，且隨時間推移，中度協(xié)調(diào)所占比例逐漸升高；到2020年協(xié)調(diào)發(fā)展各類型中，嚴重失調(diào)比例下降了5.94%，而中度協(xié)調(diào)上升了5.59%，其他類型占比均小幅度提高，但高度協(xié)調(diào)下降了3.34%。從縣域統(tǒng)計圖(圖5)可以看出：“三生空間”各協(xié)調(diào)類型中，失調(diào)比例較大的區(qū)域為通榆縣、鎮(zhèn)賚縣、大安市等沙化和鹽堿化較嚴重的地區(qū)，占比達到了5.00%以上，但其失調(diào)整體趨勢逐漸降低，1990年以嚴重失調(diào)為主轉(zhuǎn)變?yōu)?020年以中度協(xié)調(diào)為主;而中度協(xié)調(diào)比例較大的區(qū)域為長嶺縣、扶余縣和前郭縣等生產(chǎn)空間功能評分高值區(qū)，占比達到了7.00%;整體上“三生空間”協(xié)調(diào)性在空間上呈現(xiàn)“東高西低”的特征。

研究表明，西部地區(qū)“三生空間”無論是其耦合性還是協(xié)調(diào)性，都向著較好的趨勢發(fā)展。與1990年相比，2010年低水平耦合及嚴重失調(diào)所占比例分別降低到29.21%與23.35%，而處于磨合階段及中度協(xié)調(diào)所占比例提高到41.18%與53.96%，整體耦合及協(xié)調(diào)性均有明顯提升。分析其原因，從2000到2010年，吉林西部相繼實施了退耕還林/草、天然林保護及濕地保護等生態(tài)恢復和保護工程，與此同時，城鄉(xiāng)發(fā)展建設由單一的追求經(jīng)濟利益轉(zhuǎn)變?yōu)閷崿F(xiàn)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展，意識到生態(tài)環(huán)境是城鄉(xiāng)協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的重要保障。因此，通過政策的約束及生態(tài)環(huán)境修復，“三生空間”的耦合與協(xié)調(diào)性有了明顯提升。到了2020年，西部地區(qū)的高水平耦合及高度協(xié)調(diào)類型所占比例均小幅度提升，且磨合階段與中度協(xié)調(diào)類型所占比例逐年增加。分析其原因，由于在2012年中共十八大首次提出了“生態(tài)文明建設”理念，即優(yōu)化國土空間格局，促進資源節(jié)約利用，加大生態(tài)環(huán)境保護，并倡導區(qū)域經(jīng)濟與生態(tài)保護協(xié)調(diào)發(fā)展。同時吉林西部為保障國家糧食安全以及生態(tài)環(huán)境建設，于2008年批準并通過了《吉林省增產(chǎn)百億斤商品糧能力建設總體規(guī)劃》[35]，分別啟動實施了“引嫩入白工程”“大安灌區(qū)”“哈達山水利樞紐工程”“吉林省西部地區(qū)土地開發(fā)整理重大項目”及“西部河湖連通”等生態(tài)工程[36]，通過土地整治及生態(tài)補水工程的實施，保障了水資源的供給，促進了水田面積的擴張,提高了農(nóng)民的經(jīng)濟收入，區(qū)域的生態(tài)環(huán)境得到改善，實現(xiàn)了三生功能之間的良性互動，“三生空間”的耦合性及協(xié)調(diào)發(fā)展逐漸向有序、協(xié)調(diào)的良性共振耦合階段邁進。

圖5 吉林西部縣域“三生空間”協(xié)調(diào)類型占比

4 結(jié)論與展望

1)生產(chǎn)、生活及生態(tài)空間無論是從功能得分還是用地面積來看，生產(chǎn)及生態(tài)空間都處于主導地位，但生態(tài)空間近31a呈減少態(tài)勢，而生活空間及生產(chǎn)空間呈增加的趨勢。

2)“三生空間”分布格局地區(qū)之間差異較大：生產(chǎn)空間總體呈擴張的趨勢，主要分布于松嫩平原西部的邊緣地帶；生活空間分布除市區(qū)較為密集外，其余分布則較為零散，變化呈擴張的趨勢，幾乎沒有縮減；生態(tài)空間總體呈縮減的趨勢，且其縮減范圍與生活空間擴張范圍基本重合，主要分布于中部地區(qū)，其功能得分高值區(qū)呈縮減趨勢而低值區(qū)則呈擴張的趨勢。

3)西部地區(qū)“三生空間”的耦合與協(xié)調(diào)性整體處于磨合與中度協(xié)調(diào)階段，且占比逐年提升，低水平耦合與嚴重失調(diào)所占比例逐年降低，說明 “三生空間”的協(xié)調(diào)性向好的方向發(fā)展。從空間布局來看，耦合協(xié)調(diào)度在空間上呈現(xiàn)“東高西低”的特征，協(xié)調(diào)度較低的地區(qū)主要集中于通榆縣和大安市等沙化和鹽堿化嚴重的地區(qū)，但近31 a這些地區(qū)的嚴重失調(diào)比例有所下降。

本研究分析了“三生空間”的時空變化及其耦合協(xié)調(diào)性，但沒有進行兩兩對比分析其變化情況；闡述了其變化的人為因素，但沒有分析自然因素的變化又是如何對其影響。在今后的研究中，應更多考慮并深入分析其影響變化因素，以及生產(chǎn)-生活，生活-生態(tài)，以及生產(chǎn)-生態(tài)兩兩之間的相互耦合關(guān)系，為進一步優(yōu)化“三生空間”整體格局、促進區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展提供更具有可操作性的對策建議。